Les politiques récentes de développement durable en vigueur dans la majorité des pays requièrent des améliorations significatives dans la performance des systèmes de génération d'énergie d'aujourd'hui et ont encouragé fortement différentes études à travers le monde au cours des dernières années. Un champ d'intérêt particulier concerne l'optimisation de l'usage des carburants liquides, car ils sont responsables pour les émissions polluantes dans le monde de part les applications dans les moteurs à combustion interne et les brûleurs industriels étant ainsi des sources non renouvelables d'énergie primaire. Cependant, les complexités inhérentes aux phénomènes qui gouvernent chaque partie du processus de la combustion demandent encore une meilleure compréhension. Entre ces complexités, la qualité de l'atomisation des carburants liquides joue un rôle major du point de vue de la performance thermodynamique et le niveau des émissions polluantes dans le processus de combustion. Néanmoins, le mécanisme de formation des aérosols n'est pas encore parfaitement compris. Un autre aspect qui demande des études plus approfondies pour une meilleure compréhension est la connaissance des caractéristiques d'évaporation de la phase discrète dans un environnement convectif. Au cours des dernières années, des études expérimentales ont démontré l'importance de la compréhension des aspects fondamentaux inhérents aux systèmes complexes en supportant l'amélioration de la précision des modèles théoriques implémentés dans les codes de simulation numérique. La présente étude est consacrée à améliorer la compréhension du processus d'atomisation pour un carburant liquide, par le développement de méthodologies plus rationnelles pour mesurer les tailles des gouttelettes dans des aérosols, pour prédire la performance d'atomiseurs de liquides et pour déterminer les caractéristiques de l'évaporation de gouttelettes liquides. Avec ces objectives les méthodes suivantes ont été proposées: i. Détermination de la taille minimale requise par un échantillon pour la caractérisation d'un aérosol, ii. Technique non-intrusive pour mesurer le taux d'évaporation des gouttelettes de carburants liquides, iii. Fonction général pour caractériser la taille de gouttelettes dans des aérosols selon le système Pearson, iv. Développement d'une corrélation pour la distribution du SMD dans un plan axial de l'aérosol, et v. Perfectionnement du modèle d'atomisation à utiliser dans des codes de modélisation numérique en fluide. Les résultats pratiques obtenus ont été utilisés pour déterminer les positionnements et conditions opérationnelles optimales, ainsi que le mode d'injection le plus approprié à être utilisé pour le prototype expérimental du moteur à détonation puisée qui a été développé par le Groupe de la Propulsion du centre de Recherche pour la Défense et Développement du Canada - Valcartier. Néanmoins, les résultats peuvent être utilisés d'une façon plus générale pour supporter la validation de codes de modélisation numérique et le projet de chambres de combustion industrielles.

The present research is an experimental investigation of the atomization of a superheated pressurized liquid jet that is exposed to the ambient pressure due to a sudden depressurization. This phenomena is called flashing and occurs in several industrial environments.<p><p>Liquid flashing phenomena holds an interest in many areas of science and engineering. Typical examples one can mention: a) the accidental release of flammable and toxic pressure-liquefied gases in chemical and nuclear industry; the failure of a vessel or pipe in the form of a small hole results in the formation of a two-phase jet containing a mixture of liquid droplets and vapor, b) atomisation improvement in the fuel injector technology, c) flashing mechanism occurrence in expansion devices of refrigerator cycles etc. The interest in flashing events is especially true in the safety field where any unexpected event is undesirable. In case of an accident, flammable or toxic gas clouds are anticipated in close regions of the release because of the sudden phase change .Due to the non-equilibrium nature of the flow in these near field regions, conducting accurate data measurements for droplet size and velocity is a challenging task resulting in scarce data in the very close area.<p><p>This research has been carried out at the von Karman Institute (VKI) within the 5th framework of European Commission to fulfill the goal of understanding of source processes in flashing liquids in accidental releases. The program is carried out under name of FLIE (Flashing Liquids in Industrial Environments)(Contract no: EVG1-CT-2000-00025). The specific issues that are presented in this thesis study are the following:a) a comprehensive state of art of the jet break up patterns, spray characteristics and studies related to flashing phenomena; b)flashing jet breakup patterns and accurate characterization of the atomized jet such as droplet diameter size, velocity and temperature evolution through carefully designed laboratory-scale experiments; c) the influence of the initial storage conditions on the final atomized jet; d) a physical model on the droplet transformation and rapid evaporation in aerosol jets.<p><p>In order to characterize the atomization of the superheated liquid jet, laser-based optical techniques like Particle Image Velocimetry (PIV), Phase Doppler Anemometry (PDA) are used to obtain information for particle diameter and velocity evolution at various axial and radial distances. Moreover, a high-speed video photography presents the possibility to understand the break-up pattern changes of the simulating liquid namely R-134A jet in function of driving pressure, superheat and discharge nozzle characteristics. Global temperature measurements with an intrusive technique such as thermocouples, non-intrusive measurements with Infrared Thermography are performed. Cases for different initial pressures, temperatures, orifice diameters and length-to-diameter ratios are studied. The break-up patterns, the evolution of the mean droplet size, velocity, RMS, turbulence<p>intensity and temperature along the radial and axial directions are presented in function of initial parameters. Highly populated drop size and velocity count distributions are provided. Among the initial storage conditions, superheat effect is found to be very important in providing small droplets. A 1-D analytical rapid evaporation model is developed in order to explain the strong temperature decrease during the measurements. A sensitivity analysis of this model is provided.<p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished